人机界面设计论文精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇人机界面设计论文范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

关键词：用户研究 体验 界面设计 人机互动 非物质

此论文是用于湖北师范学院研究生科研启动基金项目《生活型态设计在产品设计中的运用研究》的结题。

微电子技术、光学技术、生物技术以及新材料、新能源技术，包括新的工艺技术的发展将人类带入到了一个全新的、以信息化为标志的体验经济时代。人们对于产品的需求已经不再是物质层面上的使用要求，而是关注非物质层面上的心理需求。作为产品和用户之间的连接纽带――界面，在这个“非物质社会”下被提出了新的要求，即，产品的人机界面设计要面向用户，成为用户和产品之间的沟通、交流的媒介。

所谓界面也称人机界面，指的是人与机之间的一个相互作用、相互影响的媒介平台，人通过它以视觉和听觉、触觉等感官接受来自机器的信息，经过人脑的识别、加工、决策，然后作出反应，实现人一机的信息传递。界面设计是对两种不同物体之间交流手段、交流过程的整体设计，是系统的优化人机互动关系的过程。它以尽量简化人的操作、提高人机交流的效率为目的，所以也被称之为UI（User Interface Design），从字面上看是用户与界面两个组成部分，但实际上它还包括了用户与界面之间的交互关系。

界面可分为硬界面和软界面。从设计角度来看，界面设计也可以看作是工业设计和视觉传达设计之间的交叉学科。硬界面也叫“实体用户界面”（Solid User Interface，简称SUI）,属于硬件设计，即产品的界面与用户的身体直接接触部分的设计。硬界面其实就是传统的工业设计，产品的外观提供的即是一种界面，其所欲达到的目的即是与使用者沟通，从外观整体设计到操作按键的配置均是为了达成使用者目标（或设计者的目标）所建立的界面。而软界面又称为“图形用户界面”（Graphic User Interface，简称GUI），属于软件设计，目的主要是为了方便用户理解和应用。

人机界面的设计直接关系到人机关系的和谐，和人在工作中的主体地位，以及整个产品系统的可使用性和效率。现在，界面设计在产品设计中的运用和重视已经大大地提升了它的功能地位和作用。首先，它具有典型的人机互动性，即用户和设计密切关联，用户的反馈是设计的重要组成部分。其次，它与技术紧密相连，并随着新技术的出现不断完善。另外，其手段的多样性是信息多样化具体应用的体现。从今天科技发展，数字技术的广泛而深远的影响，以及对人性的关注方面来看，它也许比硬件和工作环境更为重要。

界面设计和优化就是要创造一种人性化的人-机对话方式。因此界面设计必须掌握的知识，包含使用者、使用者欲实现的任务、使用环境及技术与逻辑上的可行性。那么，“用户研究” 或“用户体验”就是为了帮助设计能够更好的了解使用者在心理及生理上的能力，对任务特性有充分的理解，包含频率、时间考虑、是否协同他人、需要何种知识或技术等细节，并根据情境找寻使用者的真实需求-人与产品的互动会因情境而产生不同的状态或变化，藉由现实可行的互动技术将概念化的设计落实。也是得到用户需求和反馈的途径，同时检验人机界面设计和人与产品交流互动是否合理的重要标准。

“用户研究”包含两个方面：一是可用性工程学（usability Engineering），研究如何提高产品的可用性，使得系统的设计更容易被人使用、学习和记忆；二是通过可用性工程学的研究，发掘用户的潜在需求，为技术创新提供另外一条思路和方法（consumer insight）。

“用户研究”是一种有别与单纯的“市场研究”性质的考察方法。在研究前期可以对应到iNPD程序中的“模糊前期”。它注重的是对现象的收集与洞察，并给予定性分析，形成多个粗略的设计概念；当要进一步完善概念，并进入“新产品开发项目确定”阶段时，才需要一定的市场数据的支持，因为这个时候的决定关系到新产品的市场大小估算，这个对于企业来说非常总要。

篇(2)

一、本科学生毕业论文的目的和内容

二、管理信息系统开发的主要步骤

三、计算机专业所选开发工具和注意事项

四、计算机毕业论文撰写格式

五、毕业论文中正文的写法和注意事项

六、结束语的写法

七、参考文献 列出毕业论文设计中主要参考书籍

八、附录的写法

九、论文评分的能用标准

一、本科学生毕业论文的目的和内容

本科学生在毕业之前必须做毕业论文，其目的是通过毕业论文，让学生独立开发一个具体的计算机应用项目，系统地进行分析总结和运用学过的书本知识，以巩固本科阶段所学的专业理论知识，并给予一个理论联系实际的机会。

为了便于实施和管理，规定网络学院计算机相关专业本科学生毕业论文主要以开发一个管理信息系统为毕业实践的课题，每个毕业生通过独立开发一个具体的管理信息系统，掌握开发一个比整完整的管理信息系统的主要步骤，并从中获得一定的实际经验。

二、管理信息系统开发的主要步骤

管理信息系统开发的主要步骤及各步骤的基本内容如下：

1、 系统分析

主要工作内容有以下几项：确定系统目标，系统可行性分析

2、 系统调查

系统的组织结构、职能结构和业务流程分析。其中系统的组织结构图应画成树状结构。

系统业务流程分析、业务流程图

3、 数据流程分析

数据流程图（系统关联图、顶层图、一层数据流图、二层数据流图）、数据词典、代码设计

4、 管理信息系统的功能设计

系统的功能结构图，每个功能模块的主要工作内容、输入输出要求等。

系统控制结构图

5、 数据库设计

概念模型设计：实体、实体间的联系、E-R图

关系模式设计：E—R图->关系模式的转换规则

关系模式

数据库表设计：数据库表结构

6、 系统物理配置方案

7、 人机界面设计

8、 模块处理概述

9、 系统测试和调试：测试计划、测试用例、测试结果

三、开发工具和注意事项

1、开发工具

开发工具可由学生任选。如Delphi、FoxPro、VB、Access等，这些工具的使用全由学生自学。

2、注意事项

（1）项目开发步骤的完整性（系统需求分析、概念设计、物理设计、系统环境和配置、系统实施以及系统测试和调试等）

（2）每个开发步骤所得结果的正确性（业务流程图、数据流程图、数据词典、HIPO图、E-R图、关系模式、人机界面设计及模块处理等的详细分析和说明）

（3）论文整体结构的完整性（前言、各个具体步骤的叙述和分析、结语、参考文献和有关附录）

（4）提供软件系统的可执行盘片及操作说明书

（5）参考资料（列出必要的参考资料）

四、毕业论文撰写格式

注意： 1．每个步骤都要有文字说明和论述 2．各个步骤必须是有机的组合，不可以支离破碎不成一体。

一、封面

二、摘要 用约200-400字简要介绍一下论文中阐述的主要内容及创新点

三、主题词 用一、二个词点明论文所述内容的性质。（二和三要在同一页面上）

四、目录 一般采用三级目录结构。 例如第三章 系统设计3.1系统概念结构 3.1.1概念模型

五、正文

第一章 前言

简要介绍： 组织机构概况、项目开发背景、信息系统目标、开发方法概述、项目开发计划等。

第二章 系统需求分析

本章应包含：

（1）现行业务系统描述

包括业务流程分析，给出业务流程图。

具体要求：业务流程图必须有文字说明，图要完整、一定要有业务传递的流程。

（2）现行系统存在的主要问题分析

指出薄弱环节、指出要解决的问题的实质，确保新系统更好，指出关键的成功因素。

（3）提出可能的解决方案

（4）可行性分析和抉择

包括技术可行性、经济可行性、营运可行性分析和抉择。

第三章 新系统逻辑方案

针对用户需求，全面、系统、准确、详细地描述新系统应具备的功能。

（1）数据流程分析

最主要的是给出数据流程图，要求满足以下条件：

A．数据流程图必须包括系统关联图、系统顶层图、第一层分解图和第二层分解图组成。B．系统关联图确定了从外部项到系统的数据流和从系统向外部项的数据流，这些数据流在其它层次的数据流中不允许减少，也不允许增加。各层次内部的数据流不受关联图的限制。 C. 数据流应有名字。 D. 外部项和数据存储之间不得出现未经加工的数据流。 E. 数据流程图的分解中，必须保持每个分层同其上层加工中的外部项和输入输出流相一致。 F. 各加工之间一般不应出现未经数据存储的数据流。 G. 数

据存储之间不得出现未经加工的数据流。 H. 数据存储可以分解。 I. 若有查询处理，应在数据流程图中表达。 J. 统计和打印报表不在数据流图中表达。

(2) 数据词典描述

可采用图表格式或较紧凑的记录格式描述 A、若采用图表格式，可只写出数据流、数据元素、加工、数据存储和外部项各一个表。 B、若采用紧凑的记录格式，则应列出全部成分。如数据元素： 编号 名称 存在于 数据结构 备注 E1 入库数

据 F1/F3/F11/F15 入库单号 日期 货号 数量 E2 出库数据 F1/F3/F11/F15 出库单号 日期 货号 数量 C、据流程图中系统顶层图的数据加工都必须详尽写出。

(3) 基本加工小说明

可采用结构化语言、数学公式等描述各个基本加工。

第四章 系统总体结构设计

（1） 软件模块结构设计 A、系统软件模块结构图，并由此导出功能分解图及层次式菜单结构。 B、系统的模块结构应与数据流程图的顶层图的加工一致。

（2）数据库设计 A、应按下列次序阐述各个元素：实体、实体的属性、实体间联系、E-R图、转换规则、关系模式。 B、在介绍实体的属性时，不应包括联系属性，联系属性直至关系模式中才出现。 C、数据流程图中的每个数据存储可隐含于E-R图中的多个实体。 D、 E-R图中的实体要与数据流程图中的数据存储相对应。每个实体要指出实体的标识码（主码）。对每个实体或联系应列出其应有的属性（用列举的方法）。 E、E-R图中至少要有一个多对多的联系。 F、必须严格按照转换规则从E-R图产生数据关系模式集，需要时作必要的优化，并说明理由。 G、对于一对一的联系，只应把任一个实体的主码放在另一个实体中作为外码。 H、一对多联系也可以产生新的关系模式，如要这样做，必须说明理由。 I、多对多联系，或三元联系必须产生新的关系模式。 J、关系模式的个数和名字要与E-R图中的实体和联系相一致。 K.、每个关系模式中要用下横线标出主码，后随的符号“#”标出外码。 L、若有代码对照表可在最后列出，需另加说明。

(3) 计算机系统配置方案的选择和设计

给出硬件配置，系统软件配置，网络通信系统配置（可选）等内容。

(4) 系统总体安全性、可靠性方案与措施。

第五章 系统详细设计

（1）代码设计 基本数据项的代码格式。

（2）人机界面设计 给出人机界面视图（输入输出接口，屏幕格式设计等）

（3）模块处理过程 根据软件环境做不同处理。 可采用脚本、程序流程图、结构化的PDL语言等。

第六章 实施概况

（1）实施环境和工具的比较选择

（2）编程环境、工具、实现与数据准备概况

（3）系统测试概况 主要包括测试计划、测试用例、测试记录。

（4）系统转换方案及实现概况

（5）系统运行与维护概况

六、结束语

（1）系统特色、局限与展望

（2）实施中遇到的挫折、创新、体会与致谢

七、参考文献 列出毕业论文设计中主要参考书籍

序号、书名或文章名、作者名、出版社或杂志名、出版日期或杂志期号。

八、附录

（1） 列出部分有一定代表性的程序代码段

（2） 操作说明书

九、论文评分标准

1、A等

系统正确无误，系统功能完善，设计步骤完整正确，实用性强，有一定的创新性，论文结构严谨，表述流畅。

2、B等

系统基本正确，系统功能基本完善，设计步骤基本完整正确，有一定的实用性，论文结构良好，表述基本流畅。

3、C等

系统有少量错误，系统功能不够完善，设计步骤欠完整，基本上没有实用性，论文结构一般，表述基本清楚。

4、不及格

篇(3)

关键词:变电站；综合自动化；系统设计

综合自动化技术的发展，使得变电站综合自动化系统在发供电企业被广泛的利用。且变电站综合自动化系统比传统继电器具有更强的功能。发电厂继电保护装置作为电力系统安全保障的重要部分，对于发挥整个电力系统的安全运行和系统装置具有重要的意义。但是目前由于自然和人为方面的原因使得发电厂故障的发生率比较高，而继电保护装置能对系统故障起到很到切除和保护作用。研究变电站综合自动化系统对于更好的解决电力系统的安全问题具有很强的现实性。

1.设计原则

变电站综合自动化系统的实施，主要是为了满足电厂改造的现实需求，且尽可能的减少停电等电力故障的发生。因此在系统的改造设计中应该尽可能的满足设计的原则。其中主要的一些原则有：（1）实用性原则。该原则是系统设计原则中的首要原则，在系统设计中该原则主要是通过系统中的系统操作应该尽可能的满足简单、易懂且根据系统运行的实际情况出发，在充分利用已有资源的前提下进行的。（2）可靠性原则。该原则是为了保证系统的可靠运行而设立的。目的是在系统的设计过程中充分保证系统的硬件设备的可靠性、软件系统的可靠性、系统集成的可靠性等。（3）先进性原则。在系统设计中应该引入先进的系统设计思想和理念。保证设备的先进性和设计思想的先进性。（4）可扩充性原则。系统设计中可扩充性原则是指系统容量的可扩充性和系统功能的扩充性。（5）开放性原则。主要是指系统设计应该是一个便于系统集成和信息共享的灵活、开放系统。（6）此外，系统配置和网络结构原则和电信号及告警信号接入原则。主要是在系统设计方面网络结构以站控层、网络层、间隔层为主，信号以遥信信号、遥测信号、遥控信号、事故信号等为主。

2.变电站综合自动化系统结构

变电站综合自动化系统结构主要由集中式结构、分布式结构、分布分散（层）式结构所组成的。

2.1集中式结构

集中式结构是指机集中式系统采用功能较强的具有扩展输入/输出功能的计算机，并以模拟信号和数字信号的集中采集为主，对信息进行相关的处理和计算，并实现了计算机的自动控制、微机监控、微机保护等功能。在该结构中最主要的特点是集中式结构具有实用性好、造价低、体积小、结构紧凑、能保护变电站的设备和线路、同时可采集变电站的数据信息和模拟量信号等。该结构同时也存在着很多的缺陷，例如：该结构的设计比较复杂繁琐、工作量大，对不同规模的变电站软硬件的系统设计不同，计算机的功能较集中不便于计算机的管理，该保护与常规的相比而言，缺乏直观性、程序设计和调试维护都比较麻烦等等。这些缺陷严重的阻碍了集中式结构的设计。

2.2分布式结构

分布式结构是指通过变电站综合自动化系统的单个功能分散给多台计算机而得以实现的。该系统设计主要是以功能设计为主，目的是解决CPU的运算处理问题，采用主从CPU系统工作方式，多CPU系统提高了处理并行多发事件的能力。一般在多个CPU之间选用优先级的网络系统并采用串行通信方式或者网络传输以实现数据通信，从而很好的解决了数据传输的瓶颈问题，同时系统的实时性也得到了提高。分布式结构的最大的优点是能便于系统的扩展和维护，同时局部故障的发生对其它模块正常运行不产生影响。因此该结构可以适合应用于中、低压变电站，并可通过分层组屏和集中组屏进行安装。

2.3分布分散（层）式结构

按逻辑分布分散（层）式结构系统把变电站综合自动化系统分为变电站层(站级测控单元)和间隔层(间隔单元)两层或者分为间隔层、通信层、变电站层三层。该结构系统的最大特点是设计思路是依据变电站的断路器间隔所设计。该结构系统的主要优点是系统可靠性高、变电站二次系统的配置比较简单，系统由于受标准化和自动化的间隔级控制单元控制使适用率更高。此外，具有灵活的组态和软件逻辑设计也是一个重要的优点。

3.综合自动化系统软件设计

综合自动化系统软件设计是指在既能够满足实时性要求同时又保证数据的可靠性、开放性和安全性的前提下的设计的系统软件。它包括的模块主要有：系统软件结构、系统软件配置、微机保护主程序、采样中断服务程序、故障处理程序、微机保护通讯设计等部分。其中系统软件配置主要是通过接口软件和保护软件两部分的配置构成。在微机保护主程序中主要包括初始化、自检、开放中段与等待中断、自检循环四个部分。

4.数据库设计

数据库设计是一个复杂的过程。他主要包括：数据变化类型、物理结构设计、逻辑结构设计、数据类型、数据处理、表结构设计等组成。其中数据变化类型中就包含了静态数据、动态数据、供电运行历史数据。数据库中包含了实时数据库和历史数据库。实时数据库主要是完成静态数据的管理，其中主要包括基本信息库和网络信息管理库、实时信息库、设备及其参数信息库等，为分布式内存数据库，采用的是通过磁盘完成的持久性存储。而历史数据库主要是通过SQL、SERVER.实现的。在数据类型方面，主要包括基本的数据类型、特殊数据类型和缺省值构成。并通过数据计算、数据转发、数据存储、表表生成、系统校时等功能对系统数据进行处理。对于表结构设计而言，表是SQL SERVER的重中之重，是存放所有数据库文件、系统配置文件的场所。对于数据库的设计意义重大。

5.人机界面设计

人机界面设计的主要内容包括：数据及参数的查询、实时告警、事故追忆、保护信息四个部分。其中界面主要显示的内容有：当地/远方控制的选择、信号复归；保护装置的投入和退出；设备运行/检修的设置；变压器分接位置的控制；控制闭锁的设定；报警的界限、设置与退断路器及隔离开关的操作；手动/自动设置；保护类型的选择及定值的更改；运行操作人员密码的更改；帮助值班人员妥善处理事故；各种报表和负荷曲线；值班记录；退出运行的设备和装置的保护配置；保护整定值；变电站内一次设备的运行情况；事件的顺序记录；系统的实时运行参数；系统的主接线；事故记录；报警画面与提示信息；控制系统的配置等。人机界面的最大优势是值班人员可以随时、全面地了解供电系统及变电站的运行情况。其次，数据及参数的查询包括告警信息的查询、数据的查询、实时曲线的查询、历史曲线的查询、设备参数的查询五个方面且对每个方面都在该设计系统中有较为详细的说明和操作步骤。再次，实时告警是分析告诫时间的同时，并对告诫事件的结果进行处理并给用户提供相应的处理系统情况的事件信息。同时记录事故发生前后的运行情况，对事故的原因进行分析追忆。最后，对保护信息的操作和浏览进行保护信息的管理。

6.结语

在变电站综合自动化系统中变电站本来就承担着变换电压、输送电能的角色，除此以外变电站综合自动化系统还包括一个控制系统的功能作用，他对电力系统的二次回路即保护回路、控制回路、测量回路等出现的接线复杂、元件多、可靠性低等特点提出了新的系统设计思路，本文重点完通过设计综合自动化系统的软件程序，数据库设计和人机界面设计旨在日益完善计算机控制技术在变电站综合自动化系统中的应用。

参考文献：

[1]张明君，拜洪涛.电力系统微机保护.北京:冶金工业出版社,2002，58-63

[2]张宇辉.电力系统微型计算机继电保护.北京:中国电力出版社,2000，201-215

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关键词计量；数据采集；网络系统

1引言

安钢计量信息平台系统设计包括系统总体设计和详细设计，包括硬件及软件两部分，主要描述的是该系统的组成与运行过程。按照计量信息需求及的实际情况，系统采用浏览器/Web/数据库服务器三层分布式结构。计量信息共享平台是一个人机对话系统，从物理机构上看，它主要是由计算机、硬件设备、软件、数据和用户组成。

为达到本系统设计目标，在设计中遵循以下几个原则：实用性，可用性，先进性，易用性，人机分工合理性几个方面。根据信息平台的实际情况，对各个具体功能和细节进行分析和系统开发，根据用户需求，在Windows环境下，采用当前最为流行的开发工具进行开发，建立人机友好，可视化的用户界面，输入方便快捷，输出信息易读易懂。

2体系结构设计

本信息共享平台采用三层B/S结构，B/S结构中只安装一个服务器，而客户端采用浏览器运行软件。在数据管理层和用户界面增加了一层结构，称为中间件，使整个体系结构分为三层。中间件主要提供以下功能：负责客户机与服务器、服务器与服务器间的连接与通讯，实现应用与数据库的高效连接。这种三层结构在层与层之间相互独立，任何一层的改变不会影响其它层的功能。

3系统总体设计

图1系统功能结构图

根据系统的要求，在建立计量信息共享平台之前，首先做好数据的采集工作。统一数据是建立信息共享平台的基础。在计量信息共享平台上，数据层是基础，通过数据的共享和交换处理形成信息，然后利用技术手段把信息总结、分类和归纳形成知识层，在此之上提供管理与决策支撑。根据系统的需求分析，确定系统的功能如下：基础数据、电能计量、动力量数据处理、轨道衡数据处理、工作计划、供应处数据、管理查询、权限管理、设备维护、设备信息、生产数据、实时监控、数据查询、数据维护、采集数据上传、原始数据查询、组织机构等功能。整个系统的功能结构图如图1所示。

4整体网络方案设计

安钢计量信息共享平台的建设，首先是网络系统的建设，整体网络采用千兆义太网技术，在硬件网络布线设计上采用了分层的结构，分为：核心层、汇聚层、接入层。

网络核心层采用2台高性能万兆路由交换机ExtremeAspen8810交换机组成，放置在数据中心机房作为核心设备，提供与四个汇聚交换机的互连和服务器的连接。网络汇聚层设置四个节点(网络交换中心)，分别放置在回皮轨道衡、计控部、热送称、黑河路，每个汇聚层节点配置一台高性能的Extreme的SummitX450汇聚交换机。对于接入层，有的地方使用已有的DlinkDES系列交换机，有的地方节点数较少，甚至只有一个节点，就直接连到汇聚层交换机上。接交换机的地方有：回皮轨道衡交换中心在计控仓库、焦粉称、西站配置三台接入层交换机；计控部交换中心在250t/300t称配置一台接入层交换机；热送称交换中心在进厂称配置一台接入层交换机；黑河路交换中心在三炼轨道衡配置一台接入层交换机。四个交换中心共配置6台接入层交换机。其网络拓扑结构如图2所示。

图2安钢计量数据网络拓扑结构

5软件详细设计

5.1软件平台设计

操作系统：选用MSWindows2000高级服务器；数据库系统：选用MSSQL2000；系统采用三层B/S的逻辑体系结构，前端用户界面为浏览器。在数据库和前端业务界面之间为业务逻辑层。采用微软.NET框架开发。对外的服务功能以Web服务的形式提供。

5.2信息共享平台整体结构设计

从逻辑功能角度分析，把该系统分为应用系统和支撑系统两大部分。支撑系统是整个系统继承的物质基础，包括计算机系统、通讯网络系统、数据库系统和工具层。应用系统是建立在支撑系统之上，根据在子系统中的作用领域又分为计量数据管理系统和现场数据采集两个应用子系统，两者之间通过支撑系统的网络通讯系统实现物理集成，通过数据库系统实现信息集成。系统基本结构图如图3所示。

5.3数据采集层系统设计

数据采集层完成现场数据的采集，包括能源量采集系统的升级，物资量采集软件的编制与更新，它是信息共享平台的数据来源。

能源量采集网络采用”893”单总线结构。硬件上把所有能源量计量网络划分为四个小的子网络，每个网络设一个数据采集子站，由子站完成各子网内的数据采集，子站就近通过光纤在义太网上进行数据交换和网络控制，同时设立一个中心站完成数据的汇总、分析和网络传输。软件使用北京亚控公司的组态王软件对能源量采集系统进行开发。对电量采集数据，使用自编的数据采集软件把全部电站的结算电表数据实时采入计算机数据库，并进入数据中心数据平台，由数据中心按不同用户的需要对授权用户提供数据查询与监控。物资量采集程序开发工具使用Delphi6.0+MSDE数据库进行开发，完成数据采集任务，并存入本地采集站的数据库中，由远程数据库服务器通过“存储过程”完成将本地的数据上传到数据库服务器，经过加工、处理后提供和授权用户查询。

系统采用上传模型：(采集上传的数据主要包括：能源量数据、轨道衡计量数据、汽车衡计量数据、皮带称计量数据、在线称计量数据、电量计量数据。)

图3系统基本结构图

5.4管理层系统设计

管理层完成对现场计量数据的采集和管理、分析与应用等功能，整个系统采用三层B/S模式结构，数据存储部分由SQLServer2000完成，业务逻辑层使用开发完成，表示层使用完成开发。系统主要完成系统中提供的能源量及物资量数据的归类、处理、及相关功能的实现，是信息共享平台的主要部分。

5.5支撑系统设计

被分为四个层次：计算机层、通讯网络层、数据库层、工具层。

工具层介于应用系统和计算机网络/数据库系统之间的软件工具的集合。包括开发工具和集成工具。数据库层是计量数据网络系统中所使用的数据库系统，处于通讯网络层之上，在计算机网络的支持下，为应用系统提供信息存储、管理、共享和集成的手段。本系统涉及数据采集系统的本地数据库及管理信息系统的数据库。计量信息共享平台均采用关系模型。数据库的设计关键是表的设计，信息共享平台应用的数据库表有两种：本地数据库表；管理层数据库表。通讯网络层是计量数据网络系统中数据通讯的载体和枢纽，计量信息共享平台通过完落系统，是计算机之间、计算机与计量设备之间连接，实现了整个系统的网络集成，支持和保障了计量数据网络系统的信息集成。采用混合型网络拓扑结构，TCP/IP协议。计算机层是支撑系统的底层。本系统要求客户端计算机为PⅢ以上，安装Windows2000Professionnal；服务器设计为双冗余、群集方式，运行MicrosoftWindows2000AdvanceServer。

5.6人机监控界面设计

监控画面是人机交互的界面，一个软件系统是否成功，最终的检查标准是它能否使用户感到满意。本系统人机交互包括两个方面：一方面是人对系统的输入，包括向系统下达的命令，提供的命令参数和系统所需要的其它输入信息；另一方面是系统向人提供信息，即输出。输出信息一般有三种：提示信息；系统向人报告的计算或处理结果；系统对输入操作的反馈信息。本着使用简便、界面一致、及时反馈与美观的原则，结合计量信息共享平台的功能需求，应用面向对象的方法进行系统的人机界面设计。

6结束语

以上详细论述了安钢计量信息平台的总体设计和详细设计，将整个系统按照横向和纵向分层介绍，采用具体的方案设计了安钢信息计量平台。该系统在实际中得以很好的应用。

参考文献

[1]杨海鹰，，陆婉珍.信息管理系统应用设计.现代科学仪器［M］，1996(1)：32~45

[2]黄梯云，李一军.管理信息系统［M］.北京：高等教育出版社，1999.34~40

[3]做好能源计量工作的三点意见［J］.中国计量，2006(12)：4~5

[4]陈燕.重庆大学人事管理系统的设计与开发：[硕士论文].［D］保存地点：重庆大学图书馆，2002.

[5]王鹏，董群.数据库技术及其应用.［M］北京：人民邮电出版社，2000.1：101~171

[6]王春海，张晓莉，王金珠.企业网络应用解决方案——从需求分析到配置管理.［M］北京：兵器工业出版社，2006.79~99

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[关键词]平衡机器人 系统控制界面设计

中图分类号：TP242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）18-0018-03

正文：

平衡康复机器人融合了机器人技术、康复医疗理论，人体平衡理论，压力传感器技术，计算机技术等，是国内外研究的热点。平衡康复机器人通过分析作用于压力板的足底压力数据准确地测量平衡能力，通过压力板的生物反馈训练来训练平衡能力以达到康复治疗的效果。平衡康复机器人是平衡能力患者的一大福音，是医疗人员的得力助手，有着广阔的前景和需求。

1.研究现状

1.1 国外研究现状

国外康复机器人起步早，投入资金充足，目前已经形成了产业链，欧洲早在2000年就取得了康复训练器的进展。

现在国外市面上已经有着几款不俗的平衡康复机器人可供选购，下面就对他们进行介绍：

①意大利Tecnobody公司研发的Tecnobody PK254P：

Tecnobody PK254P是一款集平衡测试盒平衡训练于一体的康复机器人。Tecnobody PK254P提供了不同姿势下的平衡测量和平衡训练，主要分为动态测量和测试、静态平衡和测试、轴向平衡和测试、坐姿下测量和测试。其控制系统软件也围绕着其功能有评估、训练和反馈几大模块，软件还提供了病人资料管理以供数据的存储和读取。机器人主要是用于评定/训练受试者运动控制能力、平衡能力（含躯干平衡能力），提高本体感觉功能。当患者与斜板进行相互运动的时候，平板上获得的数据是根据每个单一运动转化为电脉冲而得到，并且把所得数据直接传输到电脑。软件将对这些电脉冲进行详细分析，之后便在电脑控制端将显示出一个描迹，这与斜板上的成角运动或在其上施加的力是一致的。

②德国的Zebris公司研制的平衡训练器POSTUROMED（如图1）：

POSTUROMED是一种神经矫形治疗装置。是利用其不稳定性和可调节性，用以治疗和训练病理性身体姿势改变的设备，尤其是侧重对身体承重关节的功能性不稳定的训练。POSTUROMED可应用于神经康复，疼痛的治疗，平衡能力及感觉运动的训练，达到以下目的：（1）身体承重关节的功能稳定性。（2）部分的疼痛治疗，尤其是影响到运动系统的慢性背部和姿势性的疼痛。（3）预防性的协调功能训练。

系统通过交互式训练与姿势本体感觉的治疗紧密结合在一起，有严格的姿势训练原则。通过从简单到复杂的七个治疗与阶段，使治疗效果达到最大化。可以调节的不稳定表面治疗对于治疗病理性的姿势反应度和关节活动功能的不稳定性有着良好的效果。

1.2 国内研究现状

近几年国内的一些大学也开始相关研发然而国内研究还与国外有着较大差距，尚没有类似国外biodex balance_sd集平衡测试、平衡训练与一体的，人机交互较好的平衡康复机器人的出现，在平衡测试和训练的理论研究方面也略显不足，国内大多还停留在针对国外现有平衡测试仪信度和效度的研究上，在平衡测试方法上也没有形成统一的平衡测试标准。

①Sway 机器人

Sway 机器人是哈尔滨工程大学制作的双轮移动机器人的实物，如图2所示：Sway 机器人由上位机和机器人车体两个主要部分构成，两者是分开的，通过无线通讯交换数据。

机器人的车体系统构成如图2所示：该机器人采用Cygnal公司推出的C8051F005单片机作为人机交互上位机的控制核心。车体的倾斜角度检测仪采用AD公司推出的双轴加速度传感器ADXL202以及反射式的红外线距离传感器。利用PWM技术控制两台直流电机的转速。上位机与机器人之间的数据通信采用迅通生产的PTR2000超小型、超低功耗高速无线收发数传MODEM。人机交互界面则采用240×128图形液晶点阵、方向摇杆及按键。基于这些完备而又可靠的硬件设计，此机器人也使用了一套独特的软件算法，实现了Sway的平衡控制与数据交换功能，如图3所示。

1.3 目前的发展现状总结

平衡机器人的研究经历了二十多年的不断发展，不仅结构、形式与功能上有很大改善，训练方法也随着社会的进步逐步增多。作为帮助人训练平衡能力的机器，机械结构的合理性，智能控制的有效性，系统设计的复杂性，人机交互的辅等等决定了它的研究还有待提高。当前，国外人体平衡功能测试评估和训练系统已经经过多年的发展，但其操作复杂，价格高昂；国内对平衡机器人的研究水平还仍然处于初级阶段，虽然也出现了不少研究成果，但还未生产出真正投入使用的产品，研究方面还存在着以下问题：

（1）康复训练较为被动，模式单调枯燥。

（2）测试、训练模式单一，过分依赖医师。

（3）缺乏康复理论的指导。

而我国的平衡康复机器人较国外还有一定的差距，虽然已经有相当一部分国产康复机器人投入市场且性价比较高，但是在功能和结构上还有如下缺陷：

（1）平衡训练模块薄弱

（2）动态平衡功能不足

2.平衡训练系统设计的基本原则

（1）安全性原则：因为患者进行平衡训练时要站在平衡训练系统测试平台上，所以必须优先考虑在使用时患者是否康复训练机器人产生干涉，平衡训练系统本身不会对患者造成伤害，并且保证患者在运动中不会因为站立不稳跌倒而受到伤害。

（2）有效性原则：这里所指的有效性是指平衡测试评估和训练系统能够完成规定的动作，如按照一定轨迹进行运动，从而带动患者进行有效的平衡训练，同时，在检测患者的平衡能力时，仪器受系统误差和随机误差的影响较小，从而有效的测得所需的数据。这也是对平衡训练机器人的基本要求。

（3）经济性原则：所设计的平衡功能测试评估和训练系统能否广泛的推广很大程度上取决于下平衡功能测试评估和训练系统是否有较为适合的经济成本。目前很多国外生产的平衡功能测试评估和训练系统由于造价成本过高导致其应用范围只局限于大型的医疗机构，而限制了平衡训练系统在国内的进一步推广。因而从降低成本的角度上来说，设计该平衡训练系统时，在保证有效性的基础上，应该尽可能的简化机构，并且使用合适的材料。

（4）创造性原则：创造是人类的本领。人类如果不发挥自己的创造性，生产就不能发展，科技就不会进步，也就没有人类的今天。设计只有作为一种创造性活动才具有强大的生命力。因循守旧，不敢创新，只能永远落在别人后面。特别是在当今世界科技飞速发展的情况下，在机械设计中贯彻创造性原则尤为重要。

（5）以市场需求为导向的原则：机械设计作为一种生产活动，与市场是紧密联系在一起的。从确定设计课题，使用要求，技术指标，设计与制造工期到拿出总体方案，进行可行性论证，综合效用分析（着眼于实际使用效果的综合分析），盈亏分析直至具体设计，试制，鉴定，产品投放市场后的信息反馈等都是紧紧围绕市场需求来运作的。设计人员要时时刻刻想着如何设计才能使产品具有竞争力，能够占领市场，受到用户青睐。

（6）标准化、系列化、通用化原则：标准化，系列化，通用化简称为“三化”。“三化”是我国现行的一项很重要的技术政策，在机械设计中要认真贯彻执行。标准化是指将产品（特别是零部件）的质量，规格，性能，结构等方面的技术指标加以统一规定并作为标准来执行。贯彻“三化”的好处主要是：减轻了设计开发的工作量，提高了设计质量，同时也缩短生产周期；减少了刀具和量具的规格，更有利于设计与制造，也降低了生产成本；便于组织标准件的规模化，专门化，易于保证产品质量，节约材料，降低成本；提高互换性，便于维修；便于国家的宏观管理与调控以及内，外贸易；便于评价产品质量，解决经济纠纷。

（7）整体优化原则：设计要贯彻“系统化”和优化的思想。性能最好的机器其内部零件不一定是最好的；性能最好的机器也不一定是效益最好的机器；只要是有利于整体优化，机械部件也可以考虑用电子或其他元器件替代。总之，设计人员要将设计方案放在大系统中去考虑，寻求最优，要从经济，技术，社会效益等各方面去分析，计算，权衡利弊，尽量使设计效果达到最佳。

（8）人机工程原则：机器是为人服务的，但也是需要人去操作使用的。如何使机器适应人的操作要求，人机合一后，投入产出比率高，整体效果最好，这是摆在设计人员面前的一个课题。好的设计一定要符合人机工程学原理。

3.机器人控制系统方案设计

3.1 平衡机器人的工作原理

该传动系统主要是由电机，链传动系统，丝杆螺母副，弹簧及弹簧导向管组成的，如图4所示。根据传动系统图容易看出，该机构由电动机带动与电机轴相连的链轮转动，通过链条将电机的转动传递到三根不同直径的螺母丝杆运动副上，由于三根丝杆的直径不相同，造成了丝杆的轴向运动距离不同，进而实现了不同方向上的倾斜运动，通过弹簧导向管实现变阻尼的倾斜运动。丝杆盘上均匀分布有8根弹簧导管，弹簧将丝杆板与训练板连接在一起，从而将丝杆板两个方向上的倾斜运动转移到训练板，拉动训练板两个方向上的运动。

4.机器人控制系统总体方案---基于labview的控制软件设计

Labview拥有强大的界面控制编程功能。平衡机器人需要进行的一系列训练与测试，都可以用Labview软件进行仿真设计，为使用者提供简约易懂的画面指导，使机器人在操作上和心理上都更易让人接受。

4.1 平衡系统人机界面设计

根据平衡机器人的功能要求以及平衡问题出现的不同原因，人机界面进行编程设计时，需实现多种模式要求，如图5所示。

（1）迷宫控制

迷宫控制训练模式能够让病患在静态环境和动态环境迷宫中随着一可重复生成的型态移动，如图6所示。基本调节模式与稳定度极限相似。使用者可根据自身的情况，随意调整迷宫等级以创造简单或复杂的环境来操纵。由静态模式改变至动态模式会加速其康复进程。打分是以百分比为基础且等于所有击中目标数/总的设定目标数。

（7）随机控制

为了加强病患的运动神经控制与内耳前庭的训练，平衡机器人需要设置随机控制训练，如图7所示。这种训练在静态模式和动态模式下都可以进行。在静态模式中，病患可在其倾斜盖运动，移动光标让其始终保持在移动目标中。在动态模式中，病患必须同时使用臀部、膝盖与脚踝以在随机移动目标内操纵平台光标。

（8）测试模式

为了可让医疗人员量化病患在一静态或者不稳定的表面维持动态单向或双向姿势稳定度，以此来评估病患之神经肌控制，所以平衡机器人需要让病患进行平衡系统测试，如图8所示。

静态测试是用来测病患的重力中心的角度偏离能力。身体重量会在静态量测中发挥作用。人之重力中心大约为其体重的55%。当选择静态模式时，软件会提示选择您的重量，根据使用者所选的重量可提供一个适当的静态量测刻度。此模式测试用于移动障碍之基线测试，用在内耳前庭失常和整形外科病患都是理想的情况。若静态测试分数良好，患者可进步至动态测试与训练。

在动态测试模式中，病患的能力检测可从控制该平台角度的课程量化为锁住位置的变化来反应，也可计算为随着时间偏斜的程度。较大之变化程度意味着比较迟缓的神经肌反应。进一步神经肌活力状态可以从前/后与中间/侧向平台倾斜量化而获得。预期数值与比较报告可用于绘制病患表现之图表，双向比较可快速地将每一下肢间的不同做出比较。

同样根据平衡问题出现的几个因素的不同，需要进行的平衡测试有姿势稳定度，稳定度极限，运动员单脚与跌倒风险四个模式。运动员单脚与跌倒风险的测试结果都可与基准数据做比较。姿势稳定度与稳定度极限测试可在不同困难程度下得到。双向报告（以一脚站立之姿势稳定度表现与另一只脚站立之比较）可在姿势稳定度测试下的更多选择中得到。

5.结论

本文旨在设计一款能够进行训练与测试的平衡机器人，并实现对它的系统控制研究。在对国内外平衡机器人发展现状研究的基础上，结合目前平衡的一些原理及训练方法，提出了平衡机器人，并阐述了其控制系统设计的全过程。主要完成的内容如下：

（1）从力学角度和生理角度分析了平衡对于人体的重要性以及一些影响平衡能力的因素。分析比较了观察法、量表评定法以及平衡仪评定法，最终选择了平衡仪评定法来支持平衡机器人的评定。接着从安全性、经济性、有效性、创造性、整体性等方面强调了平衡训练系统设计时要遵循的一些基本原则，最后比较了传统静态平衡训练法、Bobath平衡训练法以及平衡仪训练法的优缺点及适用范围，最终选择平衡仪训练法作为平衡机器人的训练方案。

（2）平衡机器人控制方案的设计。从保持稳定性、实现不同的平衡训练模式、保持安全性、心理上易于接受四个方面提出了对平衡机器人的设计要求。明确了平衡机器人需要实现的一些功能，完成了机器人的建模，并介绍了平衡机器人的工作原理方式。对MATLAB、C#以及LabVIEW这些可以进行界面控制的软件进行了分析，比较了它们的优缺点，最终选择LabVIEW作为的界面编程软件。

（3）根据平衡机器人需要进行的训练及测试任务，利用LabVIEW对它的人机互动界面进行了编程设计与仿真分析，实现了对机器人界面的控制。并对几种训练及测试模式作出了详细的分析说明，让患者根据自身状况选择合适的康复训练。

参考文献

篇(6)

关键词：高校体育；体育教学；教学改革；网络教育；网络课程

中图分类号：G807．04 文献标识码：A 文章编号：1007―3612(2006)10－1416－02

网络课程作为信息时代的产物，为高校体育教育的发展和质量提高创造了极为有利的条件。面对新世纪的挑战，教育部开始实施新世纪高等教育教学改革工程。基于此，我们设计和开发了高校体育教育网络课程，对网络环境下的高校体育网络教学模式进行探索与实践，希冀给传统的高校体育教学模式的改革带来一些启示与思考。

1 高校体育教学网络课程的设计思想

1．1　设计高校体育教学网络课程的基本指导思想

1．1．1　应重视对课程的二次开发 网络课程不应是书本内容、传统课程的搬家，或者仅仅是传统课程的多媒体化和网络化，而应成为能够体现网络多媒体技术优势的网络课程。课程内容的选择应该按照网络课程的特点，对教学内容进行理解、消化和筛选。

1．1．2　交互性要强　注意通过多媒体和网络，实现师生交互、生生交互和人机交互，使网络课程所表现出来的教材既生动，又有很强的交互性，从而构建一个丰富多彩的课程学习环境。

1．1．3　灵活多样的学习模式 采用同步教学或分布式异步教学模式，学生可以随时随地选择不同的教学内容进行自主学习。

1．1．4　教学资源库的资源要丰富 在网络课程学习时，学生和教师之间存在着时间和空间上的分离。这样，教学资源库便成为学生直接的和主要的学习途径。因此，教学资源库一定要丰富多彩，满足学生的学习需求。

1．1．5　方便使用 网络课程不应该含有复杂的操作技巧，使得学生上网后就能够方便地进入任何内容。这就要求网络课程的人机界面设计要高度的人性化。

1．2　设计高校体育教学网络课程的基本原则

1．2．1 以方便学生学习为根本原则 学生是学习的主体。建设体育教学网络课程的目的就在于便于学生学习。因此，设计网络课程时，必须根据大学生身心发展的特点和他们文化层次较高的优势，充分分析学生的各种需求，一切以最大程度地方便学生的学习作为根本的出发点。

1．2．2　突出体育运动的特点 体育运动的特点在于它的运动性和实践性。运动性指的是无论是那类项目的教学活动，都牵涉到身体运动。这个特点就决定了体育教学网络课程不同于别的课程，要通过身体的运动使学生学习运动，学会运动。实践性指的是学生仅仅通过网络课程学习并不能够完全掌握学习内容，尚需要通过亲身的运动实践去学习，去体会，不断地发现错误，纠正错误，才能完全掌握学习内容。这两个特点决定了体育教学网络课程的展示手段必须要多样化，既要有相关知识的介绍，又要通过动作录象、动画和动作分析和解析加深学生对运动技术的理解，同时要求教师通过相应的交互手段加强对学生运动实践环节的指导。

2　体育教学网络课程的设计和开发

2．1　分析与选题　从下述三个方面论证网络课程开发的必要性，以确定网络课程的选题和定位问题。

2．1．1　社会的需求　网络教学是最重要的现代教育手段，是时代和社会发展到今天的必然。而体育教学网络课程在国内甚少。有必要对此进行尝试。

2．1．2　学生的需求　随着大学生课程数量的不断增多，各门课程的课时数不断压缩。因此，在更为有限的学时中要掌握更多的学习内容，必须在课堂教学之外，辅助以先进的网络教学手段。同时，大学教育不仅仅让学生学会知识，更重要的是，要让学生学会学习。开发体育教学网络课程正是顺应这个潮流。不仅可作为常规教学的重要辅助手段，更可以提供学生自主学习和终生学习的场所。

2．1．3 可行性 我们申请到广东省教育厅重点科研课题《高校公共体育多媒体教学开发与应用》和暨南大学科研课题《暨南大学体育教学网络资源库》建设。我们以此课题作为基础，加之学校具有比较先进的网络教育设备，学科具有一支专业基础扎实并具有敬业精神的教师队伍。这些都为建设高校体育教学网络课程提供了很好的平台和强力保证。

2．2　脚本的撰写

2．2．1　文字脚本的撰写 文字的撰写在内容上不仅要考虑教学知识点，还要将教师的讲解过程用文字清晰地表达出来，尤其要注明技术动作要点、难点、易反错误与纠正方法，另外还要在引入图形图片、动画及视频的文字处及超文本连接处作出标记供后期的制作者使用。实际撰写时，要求撰写的教师以教学大纲作为基础，并结合本专业的教学和学习特点。

2．2．2　制作脚本的撰写 通过制作脚本，才能将各知识主题的超媒体结构中的各种媒体表现形式、策略、情境变为现实的网络学习环境，变为现实的文本、音频、视频、动画、虚拟现实和多媒体应用程序，集成于Web应用程序之中。同时在这阶段，开发出各种公用的认知工具和教学管理工具。

2．3　体育教学网络课程的结构设计

2．3．1　结构设计　结构设计是网络课程设计的重要工作，它包括功能设计和知识结构设计。功能设计的基本原则是满足使用者的需求，使用方便。知识结构设计应以有利于体现教学内容的层次体系并有利于实现个别化学习，有利于培养学生的发散和创造性思维。

2．3．2　知识结构设计 主要内容以三级结构形式反映。主页面是一级结构(一级页面)，列有总目录，包括田径、篮球、排球、足球、乒乓球、网球、武术等一系列的运动项目。从一级页面的总目录点击各项目，进入二级结构，即各单项页面。单项页面列有本项目的细分章节内容，由此点击进入三级结构，该页面是主要学习内容细分的页面，点击进入具体学习内容。每级页面都设有转入其它页面的导航键，以便于学生学习其它技术动作及知识点的查询。

2．3．3　功能结构设计 功能设计的总原则是满足使用者的各种需求。鉴于体育课程学习的运动性特征，我们在主要教学内容均以视频教学为主，拍摄健将级专业人员的技术动作，配合声音解释，尤其注意结合慢动作解析，配音来讲解该技术动作方法、要点、难点、易反错误与纠正方法、练习方法，提高学生的学习效果。在篮球、排球等技战术教学时，运用FLash等工具，并辅之配音解释，显示具体战术的动态变化。

2．4　导航设计　导航设计是网络课程的重要部分，良好的导航可方便学习者进入学习，减少其他信息的干扰，提高学习效率。简单明了的导航表现为信息服务分类的明晰、导航策略的简单易学，整个站点的页面保持统一的导航策略，会使学习者迅速进入到学习中去，减少信息迷航的可能。根据需要，可以采用多种导航方式如线索导航、浏览导航并辅之以声音导

航的方式，这些导航方式的选择主要依是否方便学生学习而定。网络课程学习中，学习者是主动的探索者，学习内容、学习进度、学习过程由学习者自己掌握，如果学习者在学习过程中缺乏教师的指导，易发生迷航，因而，设计导航尤为重要。常用的导航方式有：演示导航、检索导航、浏览导航、线索导航、书签导航、菜单导航等。

本网络程中主要通过导航条、导航图、图文链接等方式实现导航。在每个页面，都有前进和后退的标识图标并始终保持一致。而且，在任意页面，均有随时进入主页的图标和直接进入其他项目的图标(各项目图标以该项目的代表性标志表明，如篮球项目用篮球)，便于点击后直接进入该项目。

2．5　界面设计　界面是学习者与计算机进行人机交互的窗口，包括显示界面和操作界面。在设计时注重界面友好，操作方面，交互性强可控性强。本网络课程在设计时主要遵循以下原则：1)采用形象生动的动画图标作功能菜单按钮，其始终位于屏幕的上部，方便学习者随时进入任一功能模块；2)选择章节内容进入后，采用简明直观的按钮作为节内容选择，其始终位于学习内容的左边，方便学习者随时进入任一节学习。3)相关内容采用新开窗口的形式呈现，两窗口可任意切换，并可调整大小。

2．6　反馈设计　运动学习有别于其他课程学习的最重要的特点之一，在于它不仅仅是知识的学习和掌握，而且要通过实际的运动实践去理解和体会。所以，即或通过网络学习对需要学习的内容建立基本概念后，学习者还需要通过在运动场地上进行具体实践来加深对学习内容的理解。而且在学习的过程中，还会不断遇到理论和实践结合的问题。所以，在设计体育网络课程时，注意人机、师生、生生之间的交互作用尤其重要。学习者在理论学习时遇到的问题要能够通过反馈渠道及时反馈给有关的专业教师(或同学)。因此，我们在主页和每个项目的次级页面均设置了交互平台，给出学习者请教的对象(负责的教师)的联络方式，通过BBS等进行交互。

3　总结与展望

体育教学网络课程的建设是基于互联网的教学的重要组成部分，是实施现代远程教育工程，形成开放式教育网络，构建终身教育和终生体育体系，建立全民教育教学资源的重要环节。我们通过组织高校体育教学网络课程的建设，对体育教学网络课程的建设积累了一些经验，希冀抛砖引玉，吸引更多的专业人员投身到体育教学网络课程的建设。

我们相信，随着人们对网络课程认识的不断深化，以及互联网技术、多媒体技术的不断发展，体育教学网络课程必将迎来它的高速发展时代。

投稿日期：2005－11－16

基金项目：广东省“十五”规划课题，全国高校论文报告会获一等奖。

篇(7)

1.课题名称：

钢筋混凝土多层、多跨框架软件开发

2.项目研究背景：

所要编写的结构程序是混凝土的框架结构的设计，建筑指各种房屋及其附属的构筑物。建筑结构是在建筑中，由若干构件，即组成结构的单元如梁、板、柱等，连接而构成的能承受作用(或称荷载)的平面或空间体系。

编写算例使用建设部最新出台的《混凝土结构设计规范》gb50010-xx,该规范与原混凝土结构设计规范gbj10-89相比，新增内容约占15%，有重大修订的内容约占35%，保持和基本保持原规范内容的部分约占50%，规范全面总结了原规范实施以来的实践经验，借鉴了国外先进标准技术。

3.项目研究意义：

建筑中，结构是为建筑物提供安全可靠、经久耐用、节能节材、满足建筑功能的一个重要组成部分，它与建筑材料、制品、施工的工业化水平密切相关，对发展新技术。新材料，提高机械化、自动化水平有着重要的促进作用。

由于结构计算牵扯的数学公式较多，并且所涉及的规范和标准很零碎。并且计算量非常之大，近年来，随着经济进一步发展，城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激烈化，更加剧了房屋设计的复杂性，许多多高层建筑不断的被建造。这些建筑无论从时间上还是从劳动量上，都客观的需要计算机程序的辅助设计。这样，结构软件开发就显得尤为重要。

一栋建筑的结构设计是否合理，主要取决于结构体系、结构布置、构件的截面尺寸、材料强度等级以及主要机构构造是否合理。这些问题已经正确解决，结构计算、施工图的绘制、则是另令人辛苦的具体程序设计工作了，因此原来在学校使用的手算方法，将被运用到具体的程序代码中去，精力就不仅集中在怎样利用所学的结构知识来设计出做法，还要想到如何把这些做法用代码来实现，

4.文献研究概况

在不同类型的结构设计中有些内容是一样的，做框架结构设计时关键是要减少漏项、减少差错，计算机也是如此的。

建筑结构设计统一标准(gbj68-84)该标准是为了合理地统一各类材料的建筑结构设计的基本原则，是制定工业与民用建筑结构荷载规范、钢结构、薄壁型钢结构、混凝土结构、砌体结构、木结构等设计规范以及地基基础和建筑抗震等设计规范应遵守的准则，这些规范均应按本标准的要求制定相应的具体规定。制定其它土木工程结构设计规范时，可参照此标准规定的原则。本标准适用于建筑物(包括一般构筑物)的整个结构，以及组成结构的构件和基础;适用于结构的使用阶段，以及结构构件的制作、运输与安装等施工阶段。本标准引进了现代结构可靠性设计理论，采用以概率理论为基础的极限状态设计方法分析确定，即将各种影响结构可靠性的因素都视为随机变量，使设计的概念和方法都建立在统计数学的基础上，并以主要根据统计分析确定的失效概率来度量结构的可靠性，属于“概率设计法”，这是设计思想上的重要演进。这也是当代国际上工程结构设计方法发展的总趋势，而我国在设计规范(或标准)中采用概率极限状态设计法是迄今为止采用最广泛的国家。

结构的作用效应常见的作用效应有：

1.内力。

轴向力，即作用引起的结构或构件某一正截面上的法向拉力或压力;

剪力，即作用引起的结构或构件某一截面上的切向力;

弯矩，即作用引起的结构或构件某一截面上的内力矩;

扭矩，即作用引起的结构或构件某一截面上的剪力构成的力偶矩。

2.应力。如正应力、剪应力、主应力等。

5.变形。作用引起的结构或构件中各点间的相对位移。变形分为弹性变形和塑性变形。

6.应变：如线应变、剪应变和主应变等。

极限状态整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态。极限状态可分为两类：

1.承载能力极限状态。结构或结构构件达到最大承载能力或达到不适于继续承载的变形的极限状态：

(1)整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡(如倾覆等);

(2)结构构件或连接因材料强度被超过而破坏(包括疲劳破坏)，或因过度的塑性变形而不适于继续承载;(3)结构转变为机动体系;

(4)结构或结构构件丧失稳定(如压屈等)。

2.正常使用极限状态。结构或结构构件达到使用功能上允许的某一限值的极限状态。出现下列状态之一时，即认为超过了正常使用极限状态：

(1)影响正常使用或外观的变形;

(2)影响正常使用或耐久性能的局部损坏(包括裂缝);

(3)影响正常使用的振动;(4)影响正常使用的其它特定状态。

结构设计的基本任务，是在结构的可靠与经济之间选择一种合理的平衡，力求以最低的代价，使所建造的结构在规定的条件下和规定的使用期限内，能满足预定的安全性、适用性和耐久性等功能要求。为达到这个目的，人们采用过多种设计方法。以现代观点看，可划分为定值设计法和概率设计法两大类。

1.定值设计法。将影响结构可靠度的主要因素(如荷载、材料强度、几何参数、计算公式精度等)看作非随机变量，而且采用以经验为主确定的安全系数来度量结构可靠性的设计方法，即确定性方法。此方法要求任何情况下结构的荷载效应s(内力、变形、裂缝宽度等)不应大于结构抗力r(强度、刚度、抗裂度等)，即s≤r。在20世纪70年代中期前，我国和国外主要都采用这种方法。2.概率设计法：将影响结构可靠度的主要因素看作随机变量，而且采用以统计为主确定的失效概率或可靠指标来度量结构可靠性的设计方法，即非确定性方法。此方法要求按概率观念来设计结构，也就是出现结构荷载效应3大于结构抗力r(s>r)的概率应小于某个可以接受的规定值。这种方法是20世纪40年代提出来的，至70年代后期在国际上已进入实用阶段。我国自80年代中期，结构设计方法开始由定值法向概率法过渡。

面向对象编程

使创建windows程序较为容易的关键技术是面向对象编程，或oop。这种技术可以创建可重用组建，它是程序的组成模块。

几个定义

控件提供程序可见界面的可重用对象。控件的示例有文本框、标签和命令按钮。

事件由用户或操作系统引发的动作。事件的示例有击键、单击鼠标、一段时间的限制，或从端口接收数据。

方法嵌入在对象定义中的程序代码，它定义对象怎样处理信息并响应某事件。例如，数据库对象有打开纪录集并从一个记录移动到另一个记录的方法。

对象程序的基本元素，它含有定义其特征的属性，定义其任务和识别它可以响应的事件的方法。控件和窗体是visualbasic中所有对象的示例。

过程为完成任务而编写的代码段。过程通常用于响应特定的事件。

属性对象的特征，如尺寸、位置、颜色或文本。属性决定对象的外观，有时也决定对象的行为。属性也用于为对象提供数据和从对象取回信息。

5.设计主要内容

本软件适用于现浇钢筋混凝土多层、多跨的框架的设计。毕业设计要完成的工作包括：

1.平面钢架分析程序的改造

对结构力学教研室版平面钢架分析程序进行修改和补充。要求：

(1)编写自动生成节点坐标和单元节点编号的程序，或以图形方式输入计算简图。

(2)修改程序，使之适合多工况内力计算;(3)根据输入、输出数据的特点，设计适当的人机界面。输出应可选的显示各构件端力和内力图。

2.编写钢筋混凝土多层多跨框架机构的构件设计程序

(1)根据有关的规范，应明确计算的各种荷载(恒载、楼屋面活载、风荷载和地震作用等)的计算方法，在次基础上编写自动生成各种荷载作用下的结点荷载和单元荷载的程序。

地震作用按底部剪力法确定。自振周期用经验公式确定。

(2)计算各种荷载单独作用时框架各杆件的内力。计算结构存放在各自的杆端力(随机)文件中。

对竖向荷载下的梁端弯距进行塑性调幅。

(3)在(2)中产生的杆端力文件基础上，分别计算各种可能的荷载组合下，梁、柱控制截面的内力。计算结果存放在适当的文件中。

(4)从(3)生成的文件中选出最不利组合，同时给出截面配筋。

梁、柱截面配筋的确定应考虑抗震设计的要求。

3.位移。作用引起的结构或构件中某点位变(线位移)或某线段方向的改变(角位移)。

4.挠度。构件轴线或中面上某点在弯短作用平面内垂直于轴线或中面的线位移。

(5)部分编程较熟练的同学可根据计算结果和构造规定，用auto-cadvba绘制梁、柱配筋图。

5.成果形式

本毕业设计的成果应包括：

1.可运行的、并能给出正确计算结果的源程序

在存放源程序的软盘中，应至少有一个算例的数据文件，可在基本不需另外键入数据的前提下，显示正确地运行结果。

2.软件使用手册

这是为用户准备的关于软件使用方法、操作步骤和其他必要的文字材料。

3.软件说明书

这是软件作者的工作档案，是软件维护的基本资料。其中应包括：

(1)软件所依据的工作档案、力学和工程结构模型的较为详细的描述，主要的计算公式及其使用的符号的含义，重要算法的文字说明：

(2)程序的结构：模块的划分的情况、各模块相互之间的关系及各模块的功能;

(3)带有较为详细的注释的源程序文本。其中应注明各标识符的含义(尽可能的采用通用公式中的符号)。各程序段的功能、相应的数学公式和特殊算法的说明;(4)为使他人根据软件说明书读懂你的程序所必需的其他资料。

(5)部分编程较熟练的同学可递交梁、柱配筋图纸一张。

4.对自己所编程序的评价

(1)对算例计算结果的合理性进行必要的分析;

(2)总结软件设计过程中的经验和及教训，提出设计改进意见。

以上各项资料处源程序文本以软盘形式提交外，其余均用计算机打印。

6.进度计划

第一周毕业实习，参观工程，收集资料。

第二周需求分析：描述计算机模型，编些初步的软件说明书。

第三周软件设计：选择模块划分的方案

第四周模块设计：数据输入界面设计(梁柱截面数据)

或数据输入界面设计(可视化图形输入)

第五周数据输入界面设计(框架数据、附加荷载)

第六周模块设计：荷载计算(恒载、活载)，相应的内力计算

第七周荷载计算(风荷载、地震作用)，相应的内力计算

第八周模块设计：梁配筋计算

第九周梁荷载组合，确定梁配筋

第十周梁荷载组合，确定梁配筋

第十一周模块设计：柱配筋计算

第十二周柱荷载组合，确定柱配筋

第十三周柱荷载组合，确定柱配筋

第十四周软件测试或用autocadvba绘制梁、柱配筋图;

第十五周软件测试

第十六周整理源程序，编写软件说明数和用户手册